淺談影響路面結(jié)構(gòu)的因素及路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序

1、淺談影響路面結(jié)構(gòu)的因素及路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序摘要：簡述各種影響路面結(jié)構(gòu)的因素，及對路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序作出探討。關(guān)鍵詞：路基特性、行車荷載、環(huán)境因素、柔性路面設(shè)計程序、剛性路面設(shè)計程序1. 引言當(dāng)設(shè)計路面的時候（混合料設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計），有三個外在的影響因素需要考慮：作為基礎(chǔ)的路基特性、將承擔(dān)的荷載、以及環(huán)境因素。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是提供一種在預(yù)定使用期內(nèi)同所處環(huán)境相適應(yīng)并能承受預(yù)期交通荷載作用的路面結(jié)構(gòu)。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容，包括結(jié)構(gòu)層次組合、各結(jié)構(gòu)層材料組成和厚度確定、方案的經(jīng)濟分析和比較等。2. 影響路面結(jié)構(gòu)的因素2.1. 路基特性路基的剛度和排水特性在某種程度上可以決定路面結(jié)構(gòu)層的厚度、結(jié)構(gòu)層

2、的數(shù)量、與季節(jié)相關(guān)的荷載抵抗能力，以及土基剛度和排水性能自身的保持和改善。道路沿線的地形、地質(zhì)和水文等自然條件往往變化很大，即使在較短的路段內(nèi)，路基的填挖情況、巖質(zhì)以及水文條件仍會有較大的差別，從而使路基的物理和力學(xué)性質(zhì)有很大的變異。2.2. 行車荷載預(yù)期的交通荷載是材料設(shè)計和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本輸入或考慮的基本要素。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，交通荷載通常用來決定路面結(jié)構(gòu)組合、結(jié)構(gòu)層類型和厚度，這些方面對于路面結(jié)構(gòu)的壽命有重要影響。汽車是道路的服務(wù)對象，也是使道路結(jié)構(gòu)遭受損壞的主要肇因。要能設(shè)計和修建出既符合使用要求又經(jīng)久耐用的路基和路面構(gòu)筑物，就必須對行駛在路上的車輛作一考察，要考慮的車輛因素主要有:車輛

3、荷載的大小和特性，不同類型和軸重的車輛在路面使用年限的分布情況和數(shù)量。2.3. 環(huán)境因素環(huán)境因素主要影響路面材料的性能。環(huán)境因素，如溫度、濕度和冰凍作用，對路面結(jié)構(gòu)的耐久性、結(jié)合料的流變特性、結(jié)構(gòu)的支撐能力有很大影響，并因此最終影響路面結(jié)構(gòu)的使用壽命或早期損壞。路面結(jié)構(gòu)外露在地表，直接感受道自然因素的影響。這些自然因素主要是溫度和濕度。路面體系的溫度和濕度狀況隨周圍自然因素的變換而變化。這些變化時路面體系的材料性質(zhì)和狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)的改變。路基土和路面材料的體積隨路面體系內(nèi)溫度和濕度的升降而脹縮。由于溫度和濕度沿路基路面體系深度呈不均勻分布，不同深度處的脹縮變化也是不相同的。這種不均勻的脹縮變形受

4、到各種因素的約束而不能實現(xiàn)時，路基和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)便會產(chǎn)生附加的內(nèi)應(yīng)力，即溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力。3. 路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計程序和其它土木工程構(gòu)造物一樣，路面的設(shè)計也要使路面滿足一定的“設(shè)計壽命”。設(shè)計壽命（或設(shè)計使用周期）是一個時間概念，指從路面工程竣工到路面結(jié)構(gòu)使用條件末期所經(jīng)歷的時間段。之所以進行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了使所設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)能夠抵抗設(shè)計壽命期間內(nèi)的累積荷載作用。需要指出的是，路面使用壽命期間內(nèi)的養(yǎng)護維修是必要的，可以保證路面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)計使用壽命。對于柔性路面，結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目標(biāo)是確定適宜的結(jié)構(gòu)層組合和厚度，同時提出材料設(shè)計要求。這部分工作可以通過計算不利條件下的荷載應(yīng)力來完成。環(huán)境對瀝青路面的

5、影響（如溫度）可以通過瀝青混合料等材料設(shè)計過程來實現(xiàn)。對于剛性路面，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括：根據(jù)交通荷載和支撐條件確定試驗的混凝土路面板厚度以及路面板接縫設(shè)計。這部分工作主要通過計算對剛性路面性能有影響的應(yīng)力變化來完成，這些應(yīng)力包括：翹曲應(yīng)力（溫度應(yīng)力）、扭曲應(yīng)力（水分應(yīng)力）、車輪荷載和收縮-膨脹應(yīng)力。3.1 柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計程序我國目前采用限定輪載作用下的路表回彈彎沉值的方法來確定路面結(jié)構(gòu)層所需的厚度。也即，所設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的路表彎沉值不應(yīng)大于容許彎沉值。同時，對于瀝青混凝土和熱拌瀝青碎石面層，需限制其底層的彎拉應(yīng)力低于混合料的抗彎拉強度；而在采用水泥（或石灰）穩(wěn)定類材料作基層時，

6、還須限制基層底面的彎拉應(yīng)力低于其抗彎拉強度。設(shè)計流程圖見圖1。圖 13.2 剛性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計程序考慮荷載應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力綜合疲勞作用的混凝土面層厚度和板平面尺寸確定方法，可遵循下述設(shè)計程序：3.2.1 收集并分析交通參數(shù)收集日交通量和軸載組成數(shù)據(jù)，確定方向系數(shù)和車道系數(shù)，計算設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)；由此確定道路的交通分等，并進而選定設(shè)計年限、選定交通量年平均增長率和輪跡橫向分布系數(shù)，計算使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計作用次數(shù)。3.2.2 初擬路面結(jié)構(gòu)初選路面結(jié)構(gòu)層次、類型和材料組成；擬定各層的厚度、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造?；炷撩鎸拥某豕篮穸?，可按交通等級等級參照表1選擇。混凝土面層的初估厚

7、度 表1交通等級特重重中等輕初估厚度（cm）>2523252123<213.2.3 確定材料參數(shù)試驗確定混凝土的設(shè)計彎拉強度和彈性模量，基層、墊層和路基的回彈模量，基層頂面的當(dāng)量回彈模量。3.2.4 計算荷載疲勞應(yīng)力由應(yīng)力計算圖或公式得到標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下板邊緣中部的最大荷載應(yīng)力；按接縫類型選定接縫傳荷系數(shù)；按標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)計算得到疲勞應(yīng)力系數(shù)；按交通等級選定綜合系數(shù)；綜合上述計算結(jié)果可得到荷載疲勞應(yīng)力rp。3.2.5 計算溫度應(yīng)力由所在地公路自然區(qū)劃選擇最大溫度梯度；按路面結(jié)構(gòu)和板平面尺寸計算最大溫度梯度時的溫度翹曲應(yīng)力；按自然區(qū)劃的tm/f，確定溫度應(yīng)力累計疲勞作用系數(shù)；由此計算確定溫度疲勞應(yīng)力rt。3.2.6 檢驗初擬路面結(jié)構(gòu)按下述條件檢驗：rp+rt（0.951.03）ff混凝土設(shè)計抗彎拉強度若檢驗條件不符合，則重新擬定路面結(jié)構(gòu)或板平面尺寸重新計算，知道滿足為止。4. 結(jié)語路基路面是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)在荷載和自然因素作用下的應(yīng)力和變形狀況以及其使用性能，同符合結(jié)構(gòu)的組成情況有關(guān)，同時也同各組成部分的材料性質(zhì)有關(guān)，其性狀往往是非線性的，是應(yīng)力（應(yīng)